一种实用的多投影仪显示墙色彩校正方法

针对多投影仪显示墙系统色彩不均匀性的问题,提出一种快速、实用的独立于几何校正结果的色彩校正方法。该方法利用细分网格变形技术将现有针对平面投影屏幕的色彩校正方法推广到适应任意光滑曲面投影屏幕,同时利用加权最小二乘曲线拟合思想降低色彩测量数据量。实际进行色彩校正时,采用可编程图形处理单元(GPU)的像素着色器对投影图像的每个像素进行实时校正计算,并在实际多投影仪显示墙系统中验证了方法的有效性。     

投影仪-屏幕系统光场亮度分布的数学模型

针对大型多投影仪显示墙系统中亮度分布差异的校正问题,提出一种描述投影仪-屏幕系统光场亮度分布的数学模型。该数学模型整合投影仪镜头渐晕、屏幕漫反射和屏幕曲面的数学模型,形成一个带有28个可调参数的精确描述影仪-屏幕系统光场亮度分布方程。基于该数学模型,工程人员可通过测量投影屏幕上稀疏位置的亮度值,采用非线性最小二乘方法确定一个特定投影仪-屏幕系统的模型参数,完成其亮度分布的测量。实际应用表明,所提出的数学模型可以广泛适用于各种类型的投影仪-屏幕系统光场亮度分布的描述,有效降低大型多投影仪显示墙系统构建工程的复杂度,改善投影显示效果。     

一种投影仪相机系统几何配准的鲁棒算法

目前投影屏的反射及几何特性决定了投影仪投影图像的显示效果。为解除投影仪对标准屏幕的依赖性,借助数码相机可构成反馈系统对显示表面的缺陷进行辐射度补偿和图像校正,而其前提即是建立投影图像面与相机图像面像素之间的配准关系。为实现这一目的提出了一种能实现投影仪相机系统几何配准方法的鲁棒算法。通过设计黑白二色编码图像、显示采集编码图像的方式并对捕获图像进行二值化以及形态学处理以定位和识别采样色块,建立几何配准函数关系。该算法在平面、曲面以及无图案与有图案等各种显示表面的投影场景中得以验证,其平均配准误差稳定在0.2～1.0个像素单位,且不依赖于色块的数量而变化,并能在10s内完成整个配准关系的建立。实验表明该方法能在适用范围以及精度和效率等方面满足相机反馈式投影仪像面配准的应用需求。     

多投影仪自由立体显示的GPU几何及亮度校正技术

由多个投影仪拼接显示的自由立体显示系统有很大的显示区域,能够产生更好的立体显示效果.针对可伸缩高分辨率多投影仪自由立体显示的系统特性和屏幕特性,通过分析各种几何校正和亮度校正算法,采用二次几何校正方法解决了自由立体显示中斜投影造成的部分特征点不在屏幕上的问题;提出了基于GPU的亮度自适应多模板校正方法,并通过GPU程序...     

多投影显示系统结构光几何校正算法

针对带有非规则曲面显示墙的多投影显示系统的几何校正问题,提出一种基于结构光投影技术的自动非线性几何校正算法.该算法首先用结构光投影技术计算出每个投影机与显示墙的映射关系;其次使用相机拍摄显示墙上的经纬度点阵;最后通过提取拍摄的图像特征计算得到投影机帧缓存中每个像素点在全局坐标系下的经纬度值,并将其转换为纹理坐标,从而实现了非线性几何校正.模拟仿真实验和虚拟机场系统中的实际应用结果表明,文中算法能够有效地提高系统的几何校正精度,且无需进行相机的标定和具有显示墙解析式的先验知识,适用于任意光滑的曲面显示墙.     

几何校正自动化中的相机自动定位方法

在多投影仪曲面显示墙几何校正中需要用数码相机捕获图像反馈信息.为了方便准确地定位到每台投影仪的投影幕,提出并实现了一种数码相机自动定位的方法.该方法利用固定在云台上的数码相机获取图像,在对图像进行实时处理分析的基础上调整云台和相机参数.     

多投影仪显示系统的几何失真校正方法

为了解决在直接获取投影墙与摄像机间几何关系较困难情况下的系统的几何失真问题,提出了基于矩阵分解和消除投影墙坐标系的自由度来获取校正参数的方法。通过系列矩阵分解和推理,得出了影响投影墙与摄像机间的几何关系的因素。在此基础上,通过消除投影墙坐标系的自由度,从2个投影仪与摄像机的几何关系求出了投影墙与摄像机间的几何关系的多个可能解,同时通过筛选算法从多个可能解中筛选出最优解,从而最终得到投影仪与投影墙间的几何关系。最后利用该几何关系对帧缓存中图像进行预扭曲以实现几何失真的校正。实验结果表明,该方法具有较好的校正效果。     

多投影仪组合显示的自反馈亮度校正

针对目前的亮度校正方法存在的问题,提出了闭环的自反馈亮度校正方法。该方法首先计算一个初始模板;然后在反馈过程中,使用模板对白色图像进行亮度衰减,根据相机获取的投影图像,以及屏幕与投影仪坐标的对应关系,用一定的模板修正规则来修正每个投影仪对应的亮度校正模板;重复反馈过程,直到达到亮度一致的约束条件。该方法避免了亮度响应曲线的复杂又耗时的测量工作,通过迭代反馈来不断修正亮度校正模板,最终使得亮度校正后的图像投影后逼近亮度一致。自反馈亮度校正方法中计算的初始亮度校正模板过渡更均匀,消除了模板中的三角带问题;采用的模板更新方法能够使迭代反馈过程更快地收敛。实验证明,该方法能够有效地解决自由立体投影显示系统中的亮度校正问题。     

自适应复杂环境的投影图像校正算法

为实现投影仪在任意表面上的自适应投影,提出一种可以在日常环境光照条件下进行自动几何校正和色彩补偿的投影图像校正算法.该算法使用基于二进制编码结构光的离散映射集合方法,通过计算对应像素映射关系消除投影图像的几何畸变;然后应用一种优化的朗伯特反射模型构造投影表面的纹理空间,对原始投影图像进行预处理和全局亮度补偿,最终实现投影图像的颜色补偿.实验结果表明,基于文中算法在复杂环境中进行投影,可以在不规则几何表面上投影出符合视觉期望的无变形图像,并能够有效地消除投影表面固有纹理和环境光照对投影图像的干扰;将自适应复杂环境的投影图像校正算法应用于传统投影机摆脱了投影机对投影幕布的依赖,可以在任意环境中实现近似于白色平板幕布的投影效果.     

一种新的不可见结构光算法

本文提出了一种新颖的自适应不可见结构光的投影技术.该技术可以将任意的二值结构光图像嵌入到普通的原始投影图像中.由于投影仪高速投影,人眼是很难发觉嵌在图像中结构光信息,然后利用与投影仪同步的高速摄像头捕捉到的嵌入结构光编码图像,还原出结构光图像.本文的特色在于提供一种新型的嵌入结构光的编解码算法,该算法可以在保证结构光视觉不可见的前提下,使结构光还原图像的精度提高到像素级.     

Easy Calibration of a Multi-projector Display System

In this paper, we present a method for the geometric calibration of a multi-projector display system. The method is such that in order to calibrate the system, the user is only required to place the projectors and capture a single image of the images projected from them onto a planar screen using a hand-held camera. The problem to be solved is divided into the image registration for stitching different projector images into a single seamless image and the image rectification for making the image have the correct rectangular shape. The proposed method is characterized by simultaneously solving both of them from only a single image, which makes the calibration procedures easy. The method assumes an uncalibrated camera and partially calibrated projectors in which only focal lengths are unknown among the internal parameters. In the paper, we first prove the uniqueness of solutions to the problem, which was unclear in the previous studies, and then present a stable numerical algorithm for actually finding the solution. We present several experimental results for synthetic data, in which we show the relation between the calibration accuracy and several factors, and also present experimental results for real data, in which we demonstrate that the proposed method can calibrate a real system with sufficient accuracy for a number of layouts of the projectors.     

Auto‐calibration of a projector–camera stereo system for projection mapping

Standard camera and projector calibration techniques use a checkerboard that is manually shown at different poses to determine the calibration parameters. Furthermore, when image geometric correction must be performed on a three‐dimensional (3D) surface, such as projection mapping, the surface geometry must be determined. Camera calibration and 3D surface estimation can be costly, error prone, and time‐consuming when performed manually. To address this issue, we use an auto‐calibration technique that projects a series of Gray code structured light patterns. These patterns are captured by the camera to build a dense pixel correspondence between the projector and camera, which are used to calibrate the stereo system using an objective function, which embeds the calibration parameters together with the undistorted points. Minimization is carried out by a greedy algorithm that minimizes the cost at each iteration with respect to both calibration parameters and noisy image points. We test the auto‐calibration on different scenes and show that the results closely match a manual calibration of the system. We show that this technique can be used to build a 3D model of the scene, which in turn with the dense pixel correspondence can be used for geometric screen correction on any arbitrary surface.     

多投影仪无缝拼接显示中的颜色校正技术比较研究

基于多投影仪的无缝拼接显示是对图形、图像、视频等进行大范围、高分辨率显示的一种有效实现方式。多投影仪无缝拼接显示的一个关键是解决颜色失调问题,而现有的颜色失调原因的分析结果可归纳为投影仪输出颜色的变化特性和投影屏幕与投影环境的影响两个方面。近年来,为解决该问题已提出了多种颜色校正技术,而根据解决颜色失调问题的原理和实现方法的不同,这些技术可分为基于边缘融合的校正技术、基于单一投影光源的校正技术和基于颜色/亮度输出匹配的校正技术3类,并对这3类技术在无缝拼接显示效果、可维护性和可扩展性等方面的优缺点进行了较详细分析,该领域下一步的研究将会朝着兼顾不同投影机类型、不同形状和反射特性的投影屏幕和考虑运动中观察者的实时颜色校正方向发展。     

Asynchronous distributed calibration for scalable and reconfigurable multi-projector displays

Centralized techniques have been used until now when automatically calibrating (both geometrically and photometrically) large high-resolution displays created by tiling multiple projectors in a 2D array. A centralized server managed all the projectors and also the camera(s) used to calibrate the display. In this paper, we propose an asynchronous distributed calibration methodology via a display unit called the plug-and-play projector (PPP). The PPP consists of a projector, camera, computation and communication unit, thus creating a self-sufficient module that enables an asynchronous distributed architecture for multi-projector displays. We present a single-program-multiple-data (SPMD) calibration algorithm that runs on each PPP and achieves a truly scalable and reconfigurable display without any input from the user. It instruments novel capabilities like adding/removing PPPs from the display dynamically, detecting faults, and reshaping the display to a reasonable rectangular shape to react to the addition/removal/faults. To the best of our knowledge, this is the first attempt to realize a completely asynchronous and distributed calibration architecture and methodology for multi-projector displays.     

结构光测量系统的投影仪标定方法研究

传统单目视觉结构光测量系统通过解相位间接计算被测物的高度信息,系统约束性过强、不易操作、且标定精度较低.将双目立体视觉原理引入单目结构光视觉测量系统,根据投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,将投影仪当作一个逆向的相机,建立了投影仪模型,使用成熟的相机标定算法对投影仪进行标定.再配合四步相移法和基于多频外差原理的时域相位展开法,实现条纹图像的快速精确解相位.相对于传统的单目视觉结构光测量系统,本方法具有单目视觉系统操作简单、鲁棒性强的特点,同时也可以达到双目视觉测量的精度.实验结果表明,这种方法的投影仪标定精度达到了实际应用的要求.     

A robust projector–camera interactive display system based on finger touch control by fusing finger and its shadow

A robust projector–camera interactive display system consisting of one camera and one projector is proposed, which enables users to interact with computer by touching on arbitrary surfaces with bare hand. The system utilizes the camera to recover 3D information of fingertip for touch detection. Firstly, predicted image generated from geometric and photometric calibration matrix is used to segment hand and its shadow. Secondly, fusion degree of the hand and its shadow is detected using linear‐scanning method. Finally, a square tracking mask is used to determine the touch action on the projection surface. Experimental results show that the proposed system is robust to different lighting conditions. The touch detection accuracy is 93.0% and the average processing time of each frame is 36 ms.     

伪随机编码图像的特征点自动检测方法

针对伪随机阵列编码的彩色结构光系统,提出了一种角点自动检测、识别方法。它首先利用聚类分析算法,确定摄像机图像角点和编码模板图像的特征点匹配关系,实现编码图像的识码、解码;然后获取编码图像中有效的、非冗余的角点,并自动输出角点的行列数目及其位置坐标,为亚像素角点检测提供了充分的输入数据。最后,将该算法应用于自主开发的彩色结构光系统上,并用实验检验,结果表明该方法准确、有效,有助于结构光系统的自动化标定。     

背投式多投影系统中各向异性问题的研究

目的 针对背投式多投影系统中存在的各向异性问题,提出一套行之有效的解决方案.方法 首先,为了解决以静态观众为主体的多投影系统各向异性问题,基于反馈机制提出了以特定位置为中心的“最佳观测域”,并在该区域内实现了真正的视觉无缝画面校正;然后,基于视觉人体跟踪技术进一步提出了以特定交互者为中心的“动态最佳观测域”框架,并结合模糊预测控制思想从人体重心检测、跟踪和投影仪亮度实时补偿等3个方面对该框架内的各个组成模块的关键技术进行了阐述.结果 实验结果显示,利用交互者运动的时空连续性优化后的动态最佳观测域算法,具有较好的鲁棒性和实时性.同时,与其他类似方法相比获得了更好的视觉无缝校正效果,其中观测距离为1 m、3 m和5 m时,对应的亮度样本标准差分别为17.11、13.17和9.2.结论 提出的各向异性解决方案,将实时反馈信号引入校正过程中,有效提高了输出画面质量.通过实验测试和性能评估,验证了文中方法的可行性.     

一种新的相位法三维轮廓测量系统模型及其标定方法研究

传统相位法三维轮廓测量系统, 对摄像机和投影装置位置关系要求严格, 难以精确校准, 系统的标定工作操作繁杂, 且精度不高. 针对这个问题, 将传统的相位法测量系统中的相位－高度转换关系推广到三维空间中, 建立新的相位法系统模型. 基于新的系统模型, 提出一种快速标定方法. 新系统对摄像机和投影装置并无任何严格的平行、垂直或相交的要求, 在标定过程中, 对标定面的位置也没有严格的要求. 实验表明, 系统结构易于实现, 标定方法简单有效, 提高了系统标定的可操作性以及标定速度, 系统标定时间在2分钟以内, 系统的测量精度较传统方法有较大提高.     

基于投影仪和摄像机的结构光视觉标定方法

为实现基于投影仪和摄像机的结构光视觉系统连续扫描,需要计算投影仪投影的任意光平面与摄像机图像平面的空间位置关系,进而需要求取摄像机光心与投影仪光心之间的相对位置关系。求取摄像机的内参数,在标定板上选取四个角点作为特征点并利用摄像机内参数求取该四个特征点的外参数,从而知道四个特征点在摄像机坐标系中的坐标。利用投影仪自身参数求解特征点在投影仪坐标系中的坐标,从而计算出摄像机光心与投影仪光心之间的相对位置关系,实现结构光视觉标定。利用标定后的视觉系统,对标定板上的角点距离进行测量,最大相对误差为0.277%,表明该标定算法可以应用于基于投影仪和摄像机的结构光视觉系统。